JP2018184972A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力容器のライナーの強度向上を目的とする。【解決手段】圧力容器Ａは、合成樹脂製のライナー１０と、第１口金２２と、第２口金２８と、繊維強化樹脂層３３とを備えて構成されている。ライナー１０の平板部１６の内面には、外側へ向けて凹んだ一対の窪み２０が形成されている。窪み２０は、稜線１９の裏側位置よりも平板部１６の中心寄りの内側に配されている。窪み２０の位置が、稜線１９の裏側位置とずらしてあるから、応力がかかっても窪み２０の部分には力が集中しない。【選択図】図３

Description

本発明は圧力容器に関する。

特許文献１には、円筒状の直胴部の両端にドーム部が形成されたライナーと、ドーム部の中心部に取り付けた口金と、ライナーの外周に形成された繊維強化樹脂層とを備えた圧力容器が開示されている。

特開２０１２−０４５８２６号公報

圧力容器は安全性の向上のため、更なる耐圧性が求められていた。そのためには、ライナーの強度向上が切望されていた。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、圧力容器のライナーの強度向上を目的とする。

本発明の圧力容器は、
略円筒状の胴部の端部にドーム部が連なった形態のライナーと、
前記ドーム部に当接される口金と、
前記ライナーの外面に巻き付けられた形態の繊維束を有する繊維強化樹脂層と、を備え、
前記ドーム部の端部は、前記胴部の軸線と交差する平板部とされるとともに、前記平板部の外周と前記胴部の端部とは曲面部によって繋がれており、
前記平板部と、前記曲面部との境は稜線とされ、
前記平板部の内面には、窪みが形成されており、
前記窪みは、前記稜線の裏よりも前記平板部の中心に寄った内側の位置に形成されていることを特徴とする圧力容器である。

この構成によれば、以下の作用効果が奏される。
ライナーのドーム部の内側には、えくぼ状の窪みが形成されている。本発明者らが鋭意検討したところ、窪みの位置がライナーの強度に影響することを見いだした。
本発明では、ドーム部が、平板部と、曲面部と、を備えており、平板部と、曲面部との境は稜線とされている場合に、内面の窪みの位置を、稜線の裏側位置よりも内側にずらしている。
窪みの位置が、稜線の真裏である場合には、次のようになる。すなわち、ライナーに応力がかかると、稜線部分に応力が集中しやすくなる。すると、稜線部分の真裏に強度の弱い窪みが存在して、クラックが発生するおそれがあり、ライナーの強度の向上があまり望めない。本発明では、窪みの位置が、稜線の裏側位置に対して、ずらしてあるから、応力がかかっても窪み部分には力が集中せず、強度保持できる。

実施例１の圧力容器の断面図である。 図１のＢ視平面図である。 実施例１のライナーの斜視図である。 従来例の圧力容器の断面図である。 図４のＢ視平面図である。 従来例のライナーの斜視図である。

（１）本発明の圧力容器では、前記窪みは、パリソンの開口縁部を綴じ合わせたときに、金型で食い切りされた食い切り部の外側端部に由来する構成であってもよい。
ブロー成形においては、金型で食い切りされた食い切り部の外周側端部に由来する窪みが形成される場合がある。この場合、窪みの位置が、稜線の裏側位置に対して、ずらしてあるので、応力がかかっても窪み部分には力が集中せず、強度向上できる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図３を参照して説明する。本実施例１の圧力容器Ａは、合成樹脂製のライナー１０と、第１口金２２（請求項に記載の口金）と、第２口金２８と、繊維強化樹脂層３３とを備えて構成されている。圧力容器Ａは、燃料電池自動車や天然ガス自動車に搭載され、高圧の水素ガスや天然ガスの充填容器として用いられるものである。

ライナー１０は、図１に示すように、径寸法が全長に亘ってほぼ一定の円筒状をなす胴部１１と、胴部１１の軸線方向における一方の端部に連なる第１ドーム部１２（請求項に記載のドーム部）と、胴部１１の軸線方向における他方の端部に連なる第２ドーム部１３とを備えた単一部品である。ライナー１０の内部は、流体（水素ガスや天然ガス等）を貯留するための貯留空間１４となっている。ライナー１０は、ブロー成形によって所定形状に成形されている。ライナー１０の材料としては、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）とエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂等が用いられている。実施例１では、ライナー１０は、ＨＤＰＥ層、変性ＰＥ層、バリア層の一例としてのＥＶＯＨ層、変性ＰＥ層、ＨＤＰＥ層が外側から順に積層された構造を有する。

第１ドーム部１２の中心部には、胴部１１の軸線と同軸の円形をなす貫通形態の筒状突出部１５が一体に形成されている。筒状突出部１５は第１ドーム部１２の外部へ突出した形態である。ライナー１０の外部空間と貯留空間１４内は、筒状突出部１５の内部空間を介して連通可能となっている。第１ドーム部１２の端部は、胴部１１の軸線と略直角をなす略円形の平板部１６とされている。平板部１６の直径は、胴部１１の直径よりも小さくされている。

平板部１６の外周と胴部１１の端部とは、曲面部１７によって繋がれている。曲面部１７は、円環状をなしている。平板部１６と、曲面部１７との境は稜線１９とされている。すなわち、稜線１９は、平板部１６の外周円の位置に存在しており、略円形をなす。

第２ドーム部１３の中心部には、胴部１１の軸線と同軸の円形をなす膨出部１８が一体に形成されている。膨出部１８は貫通しておらず、胴部１１の他方の端部は第２ドーム部１３によって閉塞されている。

ライナー１０は、下記のようなブロー成形法によって成形されている。成形に際しては、ブロー成形機（図示省略）から略円筒形のパリソン（図示省略）が軸線を上下方向に向けて下向きに押し出される。押し出されたパリソン内には下方からロッド（図示省略）が収容される。そして、パリソンが一対の金型で挟まれるとともに、ロッドを通して供給された加圧エアが、パリソンを金型のキャビティ内面に密着させる。この後、パリソンが硬化すれば、金型によるライナー１０の成形工程が完了する。

金型によって成形されたライナー１０の平板部１６には、パリソンの開口縁部を綴じ合わせたときに、金型で食い切られた痕であるピンチライン（食い切り部）２１が形成される。ピンチライン２１は、図２に示されるように、平板部１６の中心を通る直線状に形成される。ピンチライン２１は、平板部１６の中心に対して対称な形態である。
平板部１６の内面には、図３に示されるように外側へ向けて凹んだ一対の窪み２０が形成されている。窪み２０の深さは特に限定されないが、通常０．１〜５ｍｍである。窪み２０は、稜線１９の裏側位置よりも平板部１６の中心寄りの内側に配されている。窪み２０は、ピンチライン２１の外側端部に形成されている。一対の窪み２０は、平板部１６の中心を対称中心とした対称位置に形成されている。

第１口金２２は、軸線方向に貫通した円筒状をなす第１本体部２３と、第１本体部２３の軸線方向両端部のうち基端部から径方向外方へ張り出した第１フランジ部２４とを備えた単一部品である。第１本体部２３の内周の先端部には、第１雌ネジ部２５が形成されている。第１口金２２には、バルブ２６が第１雌ネジ部２５にねじ込まれることによって取り付けられる。

第１口金２２は、第１ドーム部１２の平板部１６を覆うようにライナー１０に取り付けられている。第１口金２２を取り付けた状態では、第１フランジ部２４の内面が平板部１６の外面に密着している。第１フランジ部２４は第１本体部２３と同心の円形をなし、第１フランジ部２４の外径は、平板部１６の外径とほぼ同じ寸法である。

第２口金２８は、円柱状をなす第２本体部２９と、第２本体部２９の軸線方向両端部のうち基端部から径方向外方へ張り出した第２フランジ部３０とを備えた単一部品である。第２本体部２９には、その先端面を同軸状に凹ませた形態の第２雌ネジ部３１が形成されている。第２口金２８は、第２ドーム部１３の外面を覆うようにライナー１０に取り付けられている。

繊維強化樹脂層３３は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスッチック等からなる。繊維強化樹脂層３３は、フィラメントワインディング法、即ち、胴部１１の軸線を中心として回転するライナー１０及び口金２２，２８の外面に、繊維束に液状の熱硬化性樹脂を含浸させたもの、又は繊維束に含浸した熱硬化性樹脂を半硬化状態にしたもの（プリプレグ繊維）を巻き付けることによって形成されている。繊維束は、炭素繊維、ガラス繊維、ケプラ繊維等からなる糸状の繊維を束ねたものである。

＜実施例１の効果＞
ここで、実施例１の効果について、従来例と比較して説明する。
ブロー成形においては、金型で食い切りされた食い切り部の外側端部に由来する窪み２０が形成される場合がある。従来例を図４〜６に示す。図４〜６において、実施例１と略同じ構成部位には同符号を付ける。図４の断面図は図１と同様となるが、図５〜６に実施例１との相違点が現れている。すなわち、図５〜６に示すように、窪み２０の位置は、稜線１９の真裏となっている。すなわち、窪み２０は稜線１９と重なった位置に形成されている。従来例の場合、ライナー１０に応力がかかると、稜線１９に応力が集中しやすくなる。すると、稜線１９の真裏に強度の弱い窪み２０が存在して、クラックが発生するおそれがある。
一方、実施例１では、図２〜３に示すように、窪み２０の位置が、稜線１９の裏側位置とずらしてあるから、応力がかかっても窪み２０の部分には力が集中しない。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施例１では、特定の多層構造のライナー１０を例に挙げて説明したが、層の構成は特に限定されず、適宜変更することができる。
（２）なお、窪み２０の位置を、稜線１９の裏側位置よりも平板部１６の中心寄りの内側に配するための方法は特に限定されない。例えば、ブロー比を調整することによって窪みの位置を所望位置とすることができる。

１０…ライナー
１１…胴部
１２…第１ドーム部
１３…第２ドーム部
１４…貯留空間
１５…筒状突出部
１６…平板部
１７…曲面部
１８…膨出部
１９…稜線
２０…窪み
２１…ピンチライン（食い切り部）
２２…第１口金
２３…第１本体部
２４…第１フランジ部
２５…第１雌ネジ部
２６…バルブ
２８…第２口金
２９…第２本体部
３０…第２フランジ部
３１…第２雌ネジ部
３３…繊維強化樹脂層
Ａ…圧力容器

Claims (2)

1. 略円筒状の胴部の端部にドーム部が連なった形態のライナーと、
   前記ドーム部に当接される口金と、
   前記ライナーの外面に巻き付けられた形態の繊維束を有する繊維強化樹脂層と、を備え、
   前記ドーム部の端部は、前記胴部の軸線と交差する平板部とされるとともに、前記平板部の外周と前記胴部の端部とは曲面部によって繋がれており、
   前記平板部と、前記曲面部との境は稜線とされ、
   前記平板部の内面には、窪みが形成されており、
   前記窪みは、前記稜線の裏よりも前記平板部の中心に寄った内側の位置に形成されていることを特徴とする圧力容器。
2. 前記窪みは、パリソンの開口縁部を綴じ合わせたときに、金型で食い切りされた食い切り部の外側端部に由来することを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。

Images